Grundlagen der Bauteilauswahl: Erstellung robuster Komponentenanforderungen

Elektronik-Design-Teams stehen unter zunehmendem Druck, innovative Produkte schneller zu liefern, während sie durch volatile Lieferketten navigieren. Im Herzen einer erfolgreichen PCB-Entwicklung liegt ein entscheidender, aber oft unterschätzter Prozess: die Bauteilauswahl. Wie Sie Bauteile auswählen, beeinflusst nicht nur die Funktionalität des Designs – es bestimmt auch, ob Ihr Produkt termingerecht und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die kritische Bedeutung der Bauteilauswahl im PCB-Design

Laut aktuellen Branchenstudien müssen bis zu 80% der Entwürfe vor der Produktion Ersatzteile erhalten. Diese Tatsache hebt eine schmerzhafte Wahrheit hervor: Selbst das eleganteste Schaltungsdesign kann scheitern, wenn es auf Bauteilen basiert, die während des Entwicklungszyklus nicht verfügbar, veraltet oder nicht konform werden.

Betrachten Sie die Auswirkungen einer schlechten Bauteilauswahl:

• Design-Überarbeitungen fügen Wochen oder Monate zu Zeitplänen hinzu
• Unerwarteter Teileaustausch erhöht die Kosten 
• Beschaffungsverzögerungen führen dazu, dass Produkte Starttermine verpassen 
• Suboptimale Ersatzteile beeinträchtigen die Produktleistung 
• Anfälligkeiten in der Lieferkette beeinflussen die langfristige Fertigungsstabilität

Bauteiländerungen während der Entwicklung können Tausende von Dollar kosten, wenn man Ingenieurszeit, Dokumentationsaktualisierungen und Qualifikationstests berücksichtigt. Multipliziert man das über Dutzende von Fällen im typischen Projektzyklus, spricht man bald über echtes Geld.

Vom Ad-hoc- zum anforderungsgesteuerten Bauteilauswahlprozess

Die Berücksichtigung von Lieferkettenaspekten wie Bauteilpreisen, Verfügbarkeit und Lieferzeiten der Lieferanten als Anforderungen wird im PCB-Designprozess zunehmend wichtiger. Auch wenn dies historisch gesehen keine gängige Praxis war, haben jüngste Störungen in den globalen Lieferketten die Notwendigkeit hervorgehoben, diese Überlegungen in die Designanforderungen zu integrieren.

Dennoch verlassen sich viele Engineering-Teams weiterhin auf ad-hoc-Praktiken bei der Bauteilauswahl. Sie wählen oft Komponenten basierend auf persönlichen Vorlieben, früheren Erfahrungen oder schnellen Online-Suchen, ohne systematisch zu dokumentieren, warum spezifische Teile ausgewählt wurden oder welche Alternativen existieren könnten.

Hier sind einige Gründe, warum die anforderungsgesteuerte Bauteilauswahl an Bedeutung gewinnt:

• Resilienz der Lieferkette: Das Festlegen von Beschaffungskriterien im Voraus stellt sicher, dass Komponenten während des gesamten Produktlebenszyklus verfügbar bleiben.
• Kostenmanagement: Die frühzeitige Berücksichtigung von Preisen und Verfügbarkeit hilft, die Gesamtkosten für PCBs zu kontrollieren und teure Neugestaltungen zu vermeiden.
• Optimierung der Lieferzeit: Das Festlegen von Anforderungen an die Lieferzeit strafft die Montagepläne und verhindert Produktionsverzögerungen.
• Risikominderung: Das frühzeitige Erkennen von Lieferkettenrisiken ermöglicht proaktive Reaktionen auf Probleme wie Obsoleszenz oder Lagerbestandsknappheiten.

Altium 365 Requirements & Systems Portal (RSP) schließt diese Lücke, indem es Teams ermöglicht, hochrangige Systemanforderungen direkt mit Entscheidungen zur Bauteilauswahl zu verknüpfen. Dieser digitale Faden stellt sicher, dass Ihre ursprüngliche Designabsicht während des gesamten Produktentwicklungszyklus nachvollziehbar bleibt.

Definition widerstandsfähiger Bauteilanforderungen

Ein anforderungsgesteuerter Bauteilauswahlprozess folgt den folgenden grundlegenden Schritten:

1. Klare Auswahlkriterien festlegen, bevor das Design oder die Bauteilsuche beginnt.
2. Dokumentieren Sie diese Kriterien als formale Anforderungen in einem Werkzeug, das für jeden im Team leicht zugänglich ist.
3. Suchen und bewerten Sie Bauteile basierend auf mehreren Anforderungen, nicht nur auf technischen Spezifikationen.
4. Verknüpfen Sie Anforderungen mit Bauteilen in Schaltplänen nach der Auswahl, um eine umfassende Designnachverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Anforderungsgesteuerte Bauteilauswahl geht über grundlegende technische Spezifikationen hinaus. Sie umfasst Überlegungen, die die langfristige Produktlebensfähigkeit bestimmen und den gesamten Produktlebenszyklus unterstützen. Hier sind einige Schlüsselüberlegungen für eine widerstandsfähigere Spezifikation von Bauteilanforderungen.

Technische Anforderungen

• Elektrische Spezifikationen (Spannung, Strom, Widerstand usw.)
• Physische Abmessungen und Platzbeschränkungen
• Leistungsmerkmale unter verschiedenen Bedingungen
• Qualitäts- und Zuverlässigkeitsspezifikationen

Anforderungen der Lieferkette

• Mehrquellenoptionen (Mindestanzahl von Herstellern)
• Lebenszyklusstatusanforderungen (keine NRND- oder veralteten Teile)
• Verfügbarkeitsschwellenwerte für Lagerbestände
• Begrenzungen der Lieferzeiten
• Kostenziele und Mengenpreisgestaltung

Anforderungen an die Konformität

• Erforderliche Zertifizierungen (UL, CSA usw.)
• Umweltkonformität (RoHS, REACH)
• Branchenspezifische Anforderungen (Automobil, Medizin, Luft- und Raumfahrt)

Durch die Dokumentation dieser Anforderungen im Voraus schaffen Ingenieurteams ein Rahmenwerk zur Bewertung von Komponenten, das sowohl die unmittelbaren Designbedürfnisse als auch die langfristige Produktlebenszyklusfähigkeit berücksichtigt.

Kritische Parameter für die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette

Bei der Festlegung von Komponentenanforderungen verdienen die folgenden Lieferkettenparameter besondere Aufmerksamkeit:

Lebenszyklusstatus

Das Management des Komponentenlebenszyklus beginnt mit der Auswahl. Klare Anforderungen an den Lebenszyklusstatus zu stellen (vorzugsweise nur aktive Komponenten ohne Ankündigung des Lebensende auswählen) hilft, zukünftige Obsoleszenzprobleme zu vermeiden. Die Altium 365-Plattform mit integrierten Lieferkettendaten ermöglicht es Teams, den Lebenszyklusstatus direkt in ihrer Designumgebung zu sehen.

Mehrquellenoptionen

Einzelquellen-Komponenten schaffen Verwundbarkeit. Ihre Anforderungen sollten eine Mindestanzahl von Herstellern und autorisierten Distributoren für kritische Komponenten festlegen. Branchenbeste Praktiken empfehlen oft mindestens drei unabhängige Quellen für jede in mehreren Designs verwendete Komponente, was die Rate der Teilersetzung erheblich reduzieren kann.

Lieferzeiten und Verfügbarkeit

Das Festlegen von maximal akzeptablen Lieferzeiten in Ihren Anforderungen hilft dabei, Komponenten auszusortieren, die die Produktion verzögern könnten. Aktuelle globale Engpässe und Störungen in der Lieferkette machen diesen Parameter wichtiger denn je. Das Setzen von Verfügbarkeitsschwellen für das Inventar (z.B. "mindestens 10.000 Einheiten im Vertrieb") bietet zusätzliche Sicherheit.

Konformitätsstatus

Umweltvorschriften entwickeln sich weiter. Ihre Anforderungen sollten festlegen, welche Konformitätsstandards Komponenten erfüllen müssen, und die Überprüfung sollte während der Auswahl erfolgen – nicht nachdem das Design abgeschlossen ist. Integrierte Konformitätsdaten innerhalb von Altium Designer helfen Teams, den Status während der Teileauswahl zu bestätigen.

Kostenziele und Stabilität

Kostenanforderungen sollten nicht nur Zielstückpreise, sondern auch Überlegungen zur Preisstabilität und Mengenrabatte umfassen. Historische Preisdaten können helfen, Komponenten mit volatilen Preismustern zu identifizieren, die zukünftige Produktionskosten beeinflussen könnten.

Implementierung mit Altium Designer und Altium 365

Die Implementierung von anforderungsgesteuerter Komponentenauswahl wird mit integrierten Werkzeugen deutlich einfacher. So nutzen Sie das Ökosystem von Altium:

Anforderungen im RSP mit der Komponentenauswahl verbinden

Altium 365’s Anforderungs- & Systemportal ermöglicht Teams, Anforderungen während des Designprozesses zu erstellen, zu organisieren und nachzuverfolgen. Durch die Festlegung von Komponentenanforderungen auf dieser zentralisierten Plattform schaffen Teams eine einzige Quelle der Wahrheit, die Auswahlentscheidungen informiert.

Wenn Komponentenspezifikationen von Systemanforderungen abgeleitet werden, heben Änderungen an diesen Anforderungen automatisch potenziell betroffene Komponenten hervor – und schaffen wertvolle Frühwarnungen über mögliche Auswirkungen auf das Design.

Vorlagen mit Lieferkettenparametern einrichten

Erstellen Sie Komponentenparameter-Vorlagen in Altium Designer, die alle kritischen Lieferkettenparameter enthalten – nicht nur elektrische Spezifikationen. Diese Vorlagen gewährleisten eine konsistente Bewertung aller potenziellen Teile.

Beispielsweise könnte eine Standardwiderstandsvorlage Folgendes umfassen:

• Widerstandswert und Toleranz
• Leistungsbewertung
• Gehäusegröße
• Lebenszyklusstatusanforderung (nur aktiv)
• Mindestbestandsanforderung (5.000+ Einheiten)
• Maximale Vorlaufzeit (8 Wochen)
• Anforderungen an die Konformität (RoHS, REACH)
• Mehrfachbeschaffungsanforderung (mindestens 2 Hersteller)

Verwendung der Herstellerteilsuche mit integrierten Datenquellen

Die Komponentensuchfunktionen von Altium Designer umfassen jetzt integrierte Lieferketten-Daten aus mehreren Quellen, einschließlich Octopart, IHS Market, SiliconExpert und Z2Data. Diese Integration ermöglicht es Ingenieuren, Komponenten anhand ihrer definierten Anforderungen zu bewerten, ohne ihre Designumgebung verlassen zu müssen.

Beim Suchen nach Teilen können Filter angewendet werden, die den Anforderungen Ihrer Komponente entsprechen, um sicherzustellen, dass die ausgewählten Teile sowohl technischen als auch Lieferkettenkriterien genügen.

Erstellen von Komponentenparameterregeln, die Anforderungen durchsetzen

Komponentenparameterregeln können in Altium Designer festgelegt werden, um alle Komponenten zu markieren, die die definierten Anforderungen nicht erfüllen. Diese automatisierten Überprüfungen helfen dabei, nicht konforme Teile von vornherein aus Ihrem Design fernzuhalten.

Für kritische Designs sollten formale Designregelprüfungen in Betracht gezogen werden, die Lieferkettenparameter neben den traditionellen elektrischen und physischen Designregeln verifizieren.

Best Practices für widerstandsfähige Komponentenanforderungen

Wenn Sie eine anforderungsgesteuerte Komponentenauswahl implementieren, beachten Sie diese bewährten Best Practices:

1. Dokumentieren Sie die Begründung, nicht nur die Spezifikationen - Notieren Sie, warum spezifische Parameter gewählt wurden, um zukünftige Entscheidungen zu informieren.
2. Erstellen Sie gestufte Anforderungen - Unterscheiden Sie zwischen "Muss"- und "Kann"-Parametern, um ideale Auswahlmöglichkeiten gegen praktische Einschränkungen abzuwägen.
3. Standardüberprüfungszyklen etablieren - Die Bedingungen in der Lieferkette ändern sich. Planen Sie regelmäßige Überprüfungen der Komponentenanforderungen, um sicherzustellen, dass sie weiterhin relevant bleiben.
4. Beziehen Sie das Beschaffungsteam frühzeitig ein - Experten für die Lieferkette können wertvolle Einsichten zur Machbarkeit von Anforderungen liefern, bevor das Design beginnt.
5. Parametrische Suche effektiv nutzen - Verwenden Sie breite anfängliche Suchen, gefolgt von progressivem Filtern, anstatt übermäßig spezifische anfängliche Abfragen, die möglicherweise praktikable Alternativen verpassen.
6. Einen digitalen Faden beibehalten - Stellen Sie sicher, dass Änderungen an den Systemanforderungen Überprüfungen der Komponentenanforderungen während des Entwicklungszyklus auslösen.

Schlussfolgerung

Das Erstellen widerstandsfähiger Komponentenanforderungen ist die Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung elektronischer Produkte. Indem man von einer ad-hoc-Auswahl zu einem anforderungsgesteuerten Ansatz übergeht, der sowohl technische als auch Lieferkettenparameter berücksichtigt, können Teams kostspielige Neugestaltungen und Verzögerungen erheblich reduzieren.

Altiums integriertes Ökosystem, das Altium Designer mit dem Altium 365 Requirements & Systems Portal und leistungsstarken Datenintegrationen von SiliconExpert, Z2Data, Octopart und IHS Market kombiniert, bietet die komplette digitale Infrastruktur, die benötigt wird, um diesen Ansatz über den gesamten Produktentwicklungszyklus hinweg zu implementieren und aufrechtzuerhalten. Diese Quellen für Lieferkettenintelligenz ermächtigen Ingenieure, informierte Entscheidungen während der kritischen Komponentenauswahlphase zu treffen.

Lesen Sie unseren nächsten Blog, um zu erkunden, wie Sie diese integrierten Lieferketten-Datenquellen nutzen können, um Komponentenauswahlen gegenüber Ihren festgelegten Anforderungen zu validieren.